简化数字功率因数校正设计的软件开发

在使用电力系统时，需要功率因数校正 (PFC) 系统来利用数字控制技术。PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。 基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。

功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数，低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。

工业用电是要创造价值，进行商业盈利的；其次就是工业设备污染环境比较多；再次就是工业用电的传输成本高。”这个答案说明了一些问题，但是如果您具备专业知识，或者通过前面的学习，了解了什么是功率因数，那么您肯定能给出更专业的答案：“工业中使用的用电设备多为电感或电容性设备，其功率因数相对居民用电设备的功率因数较低，造成了电网中无功功率较高，电力公司需要多发电来维持这个无功功率，浪费了这部分的电能，所以工业用电用户就需要为这部分浪费的电能买单。

电源系统的控制回路通常以快速运行，以适应 PFC 功率级的快速开关频率。此外，复杂的开关模式必须在开关模式的各个点处受到严格控制和修改。

被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”

“电感补偿式”是使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，“电感补偿式”包括静音式和非静音式。“电感补偿式”的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。

“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。

主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，但成本也相对较高。此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。

Texas Instruments基于单个C2000™ TMS320F28035 微控制器(MCU)的数控2 相交错式功率因数校正 (ILPFC) 转换器能够控制 700W 交错式 PFC 功率级。该套件是一个参考设计，可以进行修改以满足定制系统要求。 

让我们来看看这个设计的软件是如何实现的。

该软件由用 C 和 C 可调用程序集编写的函数组成。程序的 C 部分由一个主循环和两个在后台运行的中断服务例程 (ISR) 组成。为了提高效率，更快的 100 kHz ISR 中的一些函数是用汇编语言编写的。该设计的流程图如下图所示：

对于大多数 PFC 设计，该软件结构保持不变。由于此架构保持相似且仅补偿器的补偿系数发生变化，因此 TI 设计了一种流程来简化定制 PFC 板设计的软件适配。powerSUITE数字电源软件工具允许您仅修改几个 PFC 设计参数并生成满足您的 PFC 系统要求所需的完整 PFC 代码。如果您的设计需要使用不同的输入或输出电压、不同的功率级元件值、不同的数字控制器或单相 PFC 拓扑，您可以在解决方案适配器 GUI 上更改这些参数。

补偿设计器中的 PFC 功率级模型使用解决方案适配器 GUI 中的值来绘制自定义 PFC 板的电压和电流环路的理论环路增益波特图。然后，您可以从此 GUI 修改补偿器值，以实现电压和电流环路的所需环路带宽、增益裕度和相位裕度。

然后可以根据软件频率响应分析仪 ( SFRA ) 的结果验证补偿设计器生成的这些理论值。SFRA绘制的数据使用 C2000 MCU 中的可用处理能力测量和计算。这意味着频率响应完全在 MCU 上的软件中测量，然后以数字方式传输到 PC 以供查看。但是，这些数据也可以由 MCU 存储和分析，以进行片上系统分析。测量实际频率响应并将其传回运行 TI 的 Code Composer Studio™ 集成开发环境的 PC 后，补偿设计器将使用功率级频率响应的测量值来提供更准确、基于测量的波特图这可用于更精细地调整数字补偿器，以实现所需的带宽、增益裕度和相位裕度。